Как работает электродвигатель?
Ф. Ф. Менде.
Для того чтобы понять физику работы двигателя постоянного тока,
начнём с ответа на вопрос о том, какая сила давит на проволоку с током, находящуюся в магнитном поле, и какие обстоятельства заставляют заряды, двигающиеся в ней совершать работу. Если бы мы имели дело с зарядом, свободно движущемся в однородном магнитном поле, то такой заряд двигался бы по окружности, и сила, действующая на заряд, была бы всегда направлена нормально к направлению его движения и совершать работу не могла. При этом заряд, как уже сказано, будет двигаться по окружности с постоянной скоростью. Этот принцип движения распространяется и на неоднородное магнитное поле, с той лишь разницей, что в таком случае заряд будет двигаться не по круговой траектории. При таком движении центробежная сила, связанная с наличием у заряда массы и электрическая сила Лоренца уравновешены. Но в том то и дело, что проволока для заряда это то прокрустово ложе, которое не даёт ему возможности двигаться по свободной траектории, а заставляет двигаться по прямой линии. Можно представить ситуацию, когда заряд, обязанный двигаться по криволинейной траектории, вдруг влетает в прямолинейную пустотелую трубку, которая начинает заставлять его двигаться по прямой линии. Естественно, заряд, пытаясь двигаться по равновесной криволинейной траектории, начнёт давить на стенку трубки и сила реакции стенки трубки заменит центробежную силу, но сила Лоренца никуда не исчезнет, и заряд будет продолжать давить на внутреннюю поверхность трубки. Если трубка неподвижна и заряд, скользя по внутренней поверхности трубки, не испытывает трения, то он так и будет продолжать двигаться вдоль трубки с прежней скоростью, не совершая никакой работы. Но как только трубка поддастся давлению заряда и начнёт двигаться в направлении силы, с которой он давит на внутреннюю её поверхность, сразу же появится сила, направленная в сторону, противоположную направлению движения заряда. Эта сила начнёт замедлять заряд, тем самым, забирая у него энергию. Для того чтобы не допустить такого замедления, следует к заряду приложить электрическое поле от внешнего источника, при помощи которого заряд будет восполнять свои потери энергии на совершение механического перемещения трубки. Для этих целей и служит источник питания электродвигателя, который вот таким особым способом превращает свою электрическую энергию в энергию механического движения трубки.
Точно по такой схеме и работает любой электродвигатель с той лишь разницей, что вместо пустотелой трубки используется проволочная рамка.
